基于TVDI和ATI模型河北省土壤濕度遙感反演.pdf

1、土壤濕度是影響氣候、水文、生態(tài)、農(nóng)業(yè)和其它研究領(lǐng)域中一個(gè)重要因素，在陸地和大氣之間的物質(zhì)和能量交換中扮演者一個(gè)重要角色。表層土壤濕度也是影響土壤風(fēng)蝕的重要因子，對(duì)大氣顆粒物中自然塵的來(lái)源研究具有重要意義。此外，土壤濕度在農(nóng)作物生長(zhǎng)方面也發(fā)揮著在舉足輕重的作用。
　　河北省是重要的糧食產(chǎn)區(qū)，主要是旱作農(nóng)業(yè)，也是人口與經(jīng)濟(jì)密集分布區(qū)，氣候?qū)贉貛О敫珊岛桶霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，具有充足的光照資源，河北省主要為一年一熟、一年兩熟的耕作制度，

2、但是也受季風(fēng)的影響，河北省的降水量在時(shí)空上分布不均，空間上呈現(xiàn)東南降水多西北降水少的趨勢(shì)。同時(shí)隨著河北省二三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，近年來(lái)河北省也成為全國(guó)大氣污染最嚴(yán)重的區(qū)域之一。對(duì)河北省土壤濕度的科學(xué)監(jiān)測(cè)，將為該區(qū)域大氣污染綜合治理和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展提供有效保障。
　　傳統(tǒng)獲取土壤濕度的方法有很多，主要依據(jù)地面上的有效監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行對(duì)土壤濕度的監(jiān)測(cè)。在農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)方面常常使用烘干稱重法測(cè)定土壤重量含水率，使用土壤水分儀進(jìn)行野外土壤水分監(jiān)測(cè)

3、和自動(dòng)站測(cè)量。另外還有間接電阻監(jiān)測(cè)法和間接電容測(cè)量法。這些傳統(tǒng)測(cè)量方法雖然測(cè)量的深度和精度都比較大，但是都具有一定的弊端，不能較大尺度的大面積的進(jìn)行測(cè)量，并且不能長(zhǎng)時(shí)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
　　基于遙感技術(shù)的區(qū)域土壤水分的反演研究是陸地表層過(guò)程研究中的前沿方向，目前在區(qū)域土壤水分監(jiān)測(cè)方面的研究中，廣大學(xué)者建立了眾多土壤濕度反演模型，其中基于表觀熱慣量和溫度植被指數(shù)的反演模型是近年來(lái)應(yīng)用廣泛且精度較高的模型。但是單獨(dú)使用某一種模型進(jìn)行的反演

4、忽略了反演模型的適用范圍，例如表觀熱慣量ATI模型只適合于裸土和低植被覆蓋區(qū)域，而采用溫度植被指數(shù)TVDI模型反演區(qū)域土壤相對(duì)含水量?jī)H適用于中、高植被覆蓋區(qū)域。目前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界采用上述模型對(duì)河北地區(qū)土壤濕度的遙感反演研究主要集中在冬小麥生長(zhǎng)季的干旱評(píng)價(jià)方面，對(duì)全年土壤相對(duì)濕度的遙感反演研究還比較少，急需補(bǔ)充這一領(lǐng)域的研究。
　　本文以河北省為研究區(qū)，針對(duì)表觀熱慣量ATI模型和溫度植被指數(shù)TVDI模型反演的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，基于這兩種模型進(jìn)

5、行全年分區(qū)分月反演研究，實(shí)現(xiàn)兩種模型的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，構(gòu)建適合本研究區(qū)應(yīng)用的土壤濕度遙感反演模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)土壤濕度的全面監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。另外，本文還考慮了高程因素對(duì)地表溫度具有的影響，隨海拔的升高，溫度逐漸降低，本文首先用數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行地表溫度的訂正，最大限度的消除高程對(duì)溫度的影響，然后根據(jù)地表溫度、植被指數(shù)、反射率等參數(shù)建立的反演土壤濕度的遙感模型在ENVI4.6和ArcGIS9.3等技術(shù)平臺(tái)的支持下，基于NDVI的值分區(qū)的方法

6、反演出2009年每月每旬的土壤濕度值。這一研究方法特別在壩上高原和冀北山地等海拔相對(duì)較高的地區(qū)土壤濕度的反演中，能夠得到良好的反演效果，更能接近土壤濕度實(shí)際分布狀況，也具有一定范圍的推廣性和實(shí)用性。
　　本文以MODIS遙感數(shù)據(jù)和10cm深度的實(shí)測(cè)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，按照優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的設(shè)計(jì)思想，聯(lián)合應(yīng)用表觀熱慣量模型(ATI)和溫度植被干旱指數(shù)模型(TVDI)反演河北省地區(qū)的土壤濕度，其中在3、4、5、10、11月使用了NDVI分區(qū)

7、的方法進(jìn)行土壤水分反演，在每旬中采用TVDI模型反演NDVI＞0.2的區(qū)域的土壤濕度，使用表觀熱慣量模型反演NDVI≤0.2的地區(qū)的土壤含水量;而反演6、7、8、9月份的土壤相對(duì)含水量單獨(dú)使用TVDI模型，在1、2、12月，由于植被覆蓋度較低和實(shí)測(cè)土壤濕度數(shù)據(jù)缺測(cè)，所以采用ATI替代模型，即采用11月的ATI回歸模型直接反演12月的土壤濕度，采用3月的ATI回歸模型直接反演2月的土壤濕度，用11月和3月的ATI回歸模型系數(shù)的均值，產(chǎn)生新

8、的ATI回歸模型來(lái)反演1月的土壤濕度?；貧w擬合模型全部通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明，河北省地區(qū)的土壤濕度在年內(nèi)時(shí)間變化上呈現(xiàn)兩個(gè)由升到降的變化周期，第一個(gè)周期為12月-翌年5月，其中，12月-翌年3月為上升，3月-5月為下降，3月為峰值;第二個(gè)周期為5月-12月，其中，5月-8月為上升，8月-12月為下降，8月為峰值;全年土壤相對(duì)濕度的平均最大值出現(xiàn)在8月，最小平均值出現(xiàn)在5月。土壤濕度的空間分布主要受降水、人工灌溉和土地利用